深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法.pdf

发明公开了一种深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，在特厚大破碎矿体中央用脉内运输巷将矿体分为前后二部分，再在前后二部分分别划分为多个盘区，盘区之间无间柱，盘区内划分一步二步回采进路，先采前部盘区再采后部盘区，前后盘区阶梯状开采，各生产工艺在同一水平内连续进行，各工序互不影响；采场回采结束后，一步进路采用胶结充填，二步进路采用分级尾砂充填，并保证充填接顶；一二步进路均采用高强度充填浇面，在充填尾砂中加入充填胶凝材料，提高浇面层抗压强度。本发明具有开采安全性高，损失贫化小，机械化程度高，采场数量多，回采强度大，生产能力大，回采时间短等显著特点。

1.  一种深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，其特征在于：在深井特厚大破碎矿体中央沿走向布置脉内运输巷，利用该运输巷将矿体分为前后二部分；矿体采用下盘脉外无轨采准系统，沿走向将矿块划分多个盘区，盘区之间无间柱；前部盘区依靠在后部盘区垂直矿体走向掘进的联络道和划分前后部盘区的脉内运输巷用作分层联络道实现人员设备出入、出矿、支护、充填与通风；后部盘区依靠矿体下盘布置的分段平巷和沿矿体下盘边界布置的分层联络道实现矿体回采；回采时先采前部盘区，后采后部盘区，前后盘区在垂高方向上形成阶梯状；盘区内工作面凿岩、出矿、支护、充填在同一水平内连续交替进行，各工序互不影响；盘区内划分一步二步回采进路，一步进路用胶结充填，二步进路用分级尾砂充填，进路要求充填接顶并使用高灰砂比尾砂充填料浇面。

2.  根据权利要求1所述的深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，其特征在于：所述的深井特厚大破碎矿体，其埋深在600m以上，矿体厚度100m甚至更大；盘区沿走向划分，每个盘区宽40～100m，长为脉内运输巷所划分，一般为40～60m；矿块中段高50m，分段高13.5m；盘区内划分一步、二步回采进路，进路高4.5m；盘区内一二步进路间隔回采，一步进路宽4.0～7.0m，二步进路宽4.0～5.0m。

3.  根据权利要求1或2所述的深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，其特征在于：用脉内运输巷将矿体划分前后二部分，矿块内划分盘区，先采前部盘区再采后部盘区，所述的前后部盘区有三个分层的高程差，约10.0～15.0m，形成阶梯状。

4.  根据权利要求1或2所述的深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，其特征在于：所述的采场第一分层进路用灰砂比1∶4的水泥尾砂胶结充填，充填高度2.0m，其余用灰砂比1∶10的水泥尾砂胶结充填，最后0.3m～0.5m空间用灰砂比1∶4的水泥尾砂充填浇面并接顶；一步进路用灰砂比1∶10的水泥尾砂胶结充填，二步进路用尾砂充填；在充填尾砂中加入高充填胶凝材料-充填C料，使充填浇面层抗压强度达到4～5MPa。

5.  根据权利要求3所述的深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，其特征在于：所述的盘区，依据深井地应力大小与矿岩破碎程度间隔划分一步进路与二步进路，并确定进路回采结构参数；盘区内各进路采用液压凿岩台车打眼、铲运机出矿、锚杆台车支护等无轨设备开采；盘区内凿岩、出矿、支护、充填等作业在同一水平内连续交替进行，各作业互不影响。

深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法
技术领域
本发明涉及一种充填采矿法，特别是涉及一种深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，该方法主要适用于深井高应力环境、矿体特厚大破碎、矿体长度短且生产能力大、采矿效率高、贫化损失率低的金属矿床机械化开采。
技术背景
充填采矿法具有矿石回收率高，顶板暴露面积小，特别适合不稳固复杂矿体开采而成为厚大破碎矿体的首选采矿方法。随着科学技术不断进步和发展，充填采矿法实现了采场机械化回采和充填，原来的低产、低效、劳动强度大的弱点已逐渐演变成高产、高效和劳动强度低的现代化开采方法。目前充填采矿法已具有分层充填、分段充填和阶段充填的完整体系。针对不同适用条件与开采技术特点，选择采用不同充填采矿法，对降低贫化损失与保障采矿安全具有重要意义。
深井特厚大破碎矿体，主要存在着岩体埋藏深、应力大、矿岩破碎、采场允许暴露面积小、作业安全性差、单位面积采矿强度低、生产能力上不去等问题，若采用常规上向进路充填法开采，则存在着生产相互干扰、通风困难、劳动效率低、生产能力小、安全性差等不足，因此必须对传统的上向进路法进行改革与技术创新，创造性提出深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，在安全前提下，以此实现破碎厚大矿体的高效经济开采。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于深井高应力、矿体特厚大、矿岩破碎，且安全性高、生产能力大、效率高、贫损低的金属矿床机械化开采的深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法。
为了解决上述技术难题，本发明提供的深井特厚大破碎矿体盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法，在深井(埋深600m以上)、特厚大(厚100m左右)破碎矿体中央布置脉内运输巷，将矿体分为前后二部分。矿体采用下盘脉外无轨采准系统，前部盘区依靠在后部盘区垂直矿体走向掘进的联络道和划分前后部盘区的脉内运输巷(用作分层联络道)实现人员设备出入、出矿、支护、充填与通风。后部盘区依靠矿体下盘布置的分段平巷和沿矿体下盘边界布置的分层联络道实现矿体回采。沿矿体走向划分盘区，每个盘区宽40～100m，长为矿体厚度的1/2，一般40～60m；矿块中段高50m，分段高13.5m；盘区内划分一步二步进路，进路高4.5m；一步进路宽4.0～7.0m，二步进路宽4.0～5.0m。盘区之间无间柱，一二步进路间隔布置，先采一步进路，后采二步进路，进路回采用液压凿岩台车打眼、铲运机出矿、锚杆台车支护等，凿岩、出矿、支护、充填等在同一水平内连续交替进行，各工序互不影响，从而作业干扰少、设备利用率高。回采时先采前部盘区，后采后部盘区，前后盘区有三个分层约10.0～15.0m的高程差，在垂高方向上呈阶梯状，具有作业面数量多，采场数量增加了一倍，且设备相互影响小，管理简单，单位面积回采强度大，生产能力高等特点。盘区内一步进路用胶结充填，二步进路用分级尾砂充填，进路要求充填接顶并使用高灰砂比充填料浇面。对于采场第一分层进路，用灰砂比1∶4的水泥尾砂胶结充填，充填高度2.0m，其余用灰砂比1∶10的水泥尾砂胶结充填，最后0.3m～0.5m空间用灰砂比1∶4的水泥尾砂充填浇面并接顶；一步进路用灰砂比1∶10的水泥尾砂胶结充填，二步进路用尾砂充填；在充填尾砂中加入高强度充填胶凝材料-充填C料，使充填浇面层抗压强度达到4.0～5.0MPa。
本发明的有益效果：
①开采安全性高
本发明针对深井高应力、矿岩破碎的特点，选择采用了暴露面积小、作业安全的巷道式开采方法，确保了深井厚大破碎矿体开采安全。
②资源损失少
采用充填C料作浇面层胶凝剂，使充填浇面层强度达到4.0～5.0MPa，铲运机出矿不破坏充填体，确保矿石不混入充填体内，减少矿石二次贫损；盘区内不设间柱与条柱，实现盘区间连续开采，减少资源一次损失。试验表明：矿石贫化率5.9％，损失率5.61％。
③机械化程度高、劳动强度低
生产中采用无轨采准系统，配备凿岩台车、铲运机及锚杆台车等先进采矿设备，不仅机械化程度高，而且各工艺平行交替进行，设备利用率高，工人劳动强度低。
④回采强度大、效率高、生产能力大
利用沿走向布置的脉内运输巷将矿体沿中央划分前后部二个盘区群，通过改变盘区的回采顺序和时间，使矿块在垂高上呈阶梯状，使同时回采的采场个数增加一倍；另外，采用分盘区开采、盘区内进路隔一采一和采、充、出、支护等平行交替进行的作业方式，使回采进路相对独立，互不干扰，单位面积的回采强度大，生产能力大，矿块生产能力达773.9t/d。
附图说明
图1为本发明采矿方法结构示意图；
图2为图1的II1-II1剖面图；
图3为图1的II2-II2剖面图；
图4为图1的III1-III1剖面图；
图5为图1的III2-III2剖面图。
图中：1-通风充填天井，2-通风联络道，3-溜井联络道，4-回风平巷，5-分段平巷，6-放矿溜井，7-阶段运输巷，8-分层联络道，9-分段沿脉巷，10-人工假底，11-凿岩炮孔，12-胶结充填体，13-脉内运输巷。
具体实施方式
本发明采矿方法的技术方案如下：
①该方法由脉内运输巷13把矿体分为前后二部分，再将前后二部分分别划分数个盘区，先采前部盘区，再采后部盘区，盘区回采时先采一步进路，一步进路采完后再采二步进路。该采矿方法灵活性大，适合于深井高应力、矿岩破碎稳固性差的特厚大矿体。
②盘区沿走向划分，每个盘区宽40.0～100.0m，中段高50m，分段高13.5m，进路高4.5m，采用下盘脉外分段平巷和脉外集中出矿溜井的无轨采准方式。平行矿体下盘边界布置分段巷，各分段巷通过联络道与主斜坡道相通；采场分层联络道将分段巷与采场相通；溜井联络巷与下盘集中出矿溜井相联，从而构成盘区下盘脉外无轨采准系统。
③盘区内沿矿体走向划分一步进路与二步进路，一步进路与二步进路间隔布置，一步进路宽5.0～7.0m，二步进路宽4.0～5.0m，进路长为矿体厚的1/2，一般为40.0～60.0m。
④矿块底部第一分层用进路法采完后，用1∶4高灰砂比水泥尾砂胶结充填，充填高度2.0m，其余空间用1∶10水泥尾砂胶结充填，最后0.3m～0.5m用灰砂比1∶4的水泥尾砂胶结充填接顶。
⑤采用从盘区左右两端向中央的后退式回采顺序。进路断面5.0～7.0m×4.5m，形状为带拱形的矩形。盘区左右两端布置充填通风井。进路回采中，与通风井位置联结处对进路顶板挑高，满足充填接顶要求和便于进路通风。进路采用垂直桶形掏槽方式形成爆破自由面，水平掘进。矿石爆破后用铲运机出矿，将矿石倒运至下盘脉外溜井中。
⑥进路采完后，设置隔离墙，架设充填管道，用水泥尾砂胶结充填。进路分3次或4次充填，最后一次充填浇面并接顶。当进路长度很长时，考虑分段分次充填，确保进路充填接顶。采完一步进路后，用同样的方式回采二步进路，从盘区的两侧开始，后退式回采。二步进路先用非胶结尾砂充填，留下0.3m～0.4m空间用高灰砂比胶结充填料充填浇面。分层回采结束后，转入下分层回采，直到整个盘区回采结束。
⑦盘区内使用无轨采矿设备。凿岩台车打眼，铲运机出矿；锚杆台车管缝式锚杆和金属网联合支护。
以下将结合图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
山东黄金新城金矿是我国单体黄金产量最大和矿山机械化程度最高的地下矿山之一，主要由I#和V#矿体组成，其中V#矿体为深部盲矿体，矿体呈椭球体状，位于-430m～-732m标高，长度为160m～180m，厚度为70m～120m，矿体倾角30°～40°，平均走向NE40°，倾向西北，矿石品位中等偏高，平均品位3.5g/t。矿体上盘为焦家断裂带，很不稳固，矿体及下盘围岩稳固性差，F系数为6～8。新城金矿V#矿体采用盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法。
具体实施方案参见图1、图2、图3、图4和图5，图中：1-通风充填天井，2-通风联络道，3-溜井联络道，4-回风平巷，5-分段道，6-放矿溜井，7-阶段运输平巷，8-分层联络道，9-分段沿脉巷，10-人工假底，11-凿岩炮孔，12-胶结充填体，13-脉内运输巷，其具体步骤是：
①该方法由脉内运输巷13把矿体分为前后二部分，再将前后二部分矿体沿走向各划分3个盘区。盘区宽40m，长为矿体厚度的1/2，即40～60m。采场中段高50m，分段高13.5m。
②采用下盘脉外分段平巷和脉外集中出矿溜井的无轨采准方式。前部盘区依靠在后部盘区垂直矿体走向掘进的联络道和矿体中央布置的脉内运输巷(即作为前部盘区的分层联络道)实现人员设备出入、出矿、支护、充填与通风；后部盘区依靠矿体下盘布置的分段平巷和下盘沿矿体边界布置的分层联络道实现人员设备出入、出矿、支护、充填与通风。
③盘区内沿矿体走向间隔划分一步进路与二步进路，一步进路宽7m，二步进路宽5m，进路长即盘区长，为40～60m，进路高4.5m。
④回采时先采前部盘区，后采后部盘区，前部或后部三个盘区同时回采。前后盘区在垂高方向上形成阶梯状，有三个分层的高差，即垂高13.5m。盘区内采用从两端向中央的后退式回采方式。第一分层作为矿体下中段回采的安全顶柱，先用进路法开采，进路采完后用1∶4高灰砂比水泥尾砂胶结充填，充填高度2.0m，其余空间用1∶10水泥尾砂充填，最后0.3m～0.5m用灰砂比1∶4水泥尾砂浇面并接顶。
⑤一步进路断面尺寸为7.0m×4.5m，二步进路断面尺寸5.0m×4.5m，形状均为带拱形的矩形。盘区二端设置充填通风井，回采过程中，将通风井位置处进路挑高，用于满足充填接顶要求和进路通风。进路采用桶形掏槽方式，矿石爆破后，铲运机出矿，铲运至下盘脉外矿石溜井。
⑥进路采完后，设置隔离墙，然后架设充填管道，用水泥尾砂胶结充填。进路分3次充填，前2次充填高度均为2.1m左右，最后一次充填浇面并接顶，充填高度0.3m。当进路长度超过40m时，要求分段分次充填。采完一步进路后，用同样方式回采二步进路。二步进路先用非胶结的尾砂充填，然后留下0.3m空间用高灰砂比充填浇面。分层回采结束后，转入下分层回采，直至整个盘区回采结束。
⑦盘区使用无轨设备采矿。Plut on-17液压台车打眼；EST-4型电动铲运机出矿；Robolt H518锚杆台车护顶；Multimoven-600型多用途服务车运送人员和材料。
⑧为保证开采安全，应用三维数值模拟方法确定最优采场结构与回采顺序、合理的充填接顶率等，并加强现场锚杆支护与地压管理。利用阶梯式回采方式和合理配套的无轨设备，使深井高应力环境下厚大破碎矿体的生产能力满足矿山需要，为国内外类似矿体开采提供了一种安全、高效、经济的开采方法。